Cap.4 - Medição de Tensão e Corrente Cap. 5 - Medidas com Multímetros Analógicos e Digitais

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1 Universidade Federal de Itajubá UNIFEI Cap.4 - Cap. 5 - Medidas com Multímetros Analógicos e Digitais Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br

2 Medição de Tensão A.Voltímetro Existem voltímetros para medições em corrente contínua e alternada. Devem ser ligados em paralelo no circuito cuja diferença de potencial se quer medir. Idealmente, resistência do voltímetro seria igual a infinito. V S Rm Im G Voltímetro construído a partir de um galvanômetro G, de resistência interna R m.

3 Medição de Tensão A.Voltímetro Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é, qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga. Em CC é necessário verificar os pólos, para que não haja inversão da leitura e respectivo deslocamento do ponteiro abaixo do zero da escala. Voltímetro de zero central Voltímetro de painel Voltímetro de bancada Voltímetro digital

4 Medição de Tensão Aumento de Faixa de medição com Resistência em Série com o Voltímetro UTILIZAÇÃO DO DIVISOR DE TENSÃO: Resistor inserido em série com o voltímetro. Caso o voltímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da tensão será nele aplicada e (n-1) partes na resistência. R ( n -1). s R v Exercício: Qual deve ser o valor de uma resistência série para ampliar o fundo de escala do voltímetro, cuja resistência interna é de 2kΩ, de 12V para 60V?

5 Medição de Tensão B. Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão UTILIZADA EM OSCILOSCÓPIOS OU MULTÍMETROS Pode ser 1X, 10X, 20X, 50X, 100X, 1000X

6 Medição de Tensão C. TP Transformador de Potencial Terminais de entrada Transformador convencional com saída (secundário) padronizada em V 2 =115V. O circuito primário de um TP é inserido entre os terminais da rede de alimentação de uma instalação ou equipamento onde se deseja medições. Terminais de saída O circuito secundário alimenta as bobinas de corrente dos aparelhos destinados para tal fim. V1 = N1 V2 N2 V1 Tensão no primário V2 Tensão no secundário N1 Número de espiras N2 Número de espiras

7 Medição de Tensão D. Sensores de Tensão por Efeito Hall Note-se que a sua grande vantagem é a capacidade de medir tanto tensão contínua como alternada em um único instrumento. A faixa de operação desse componente é de 10 a 500[V]. Para realizar a medida, é preciso alimentá-lo com tensões de ±12[V] ou ±15[V]. Trata-se de um medidor com boa linearidade, ótima imunidade contra ruídos, possui uma grande Prof. Fernando largura Belchior de banda Março/2014 e ótima precisão.

8 Medição de Tensão D. Sensores de Tensão por Efeito Hall Adotando como 220 [V] o valor da tensão nominal, tem-se: I = V R R = 220 [V] 10m [A] R 1 = 22KΩ A precisão ótima do transdutor é obtida pela corrente primária nominal (10 [ma]). Dessa forma R 1 deve ser calculado de modo que, a diferença de potencial entre +HT e HT gere uma corrente igual à nominal. Já R M deve ser calculado analisando o valor desejado para a saída. Quando em seu funcionamento nominal, a saída apresenta uma corrente de 25 [ma]. Adotando o valor máximo da tensão no secundário como 10 [V] para a tensão nominal na entrada, tem-se: I = V R R M = 10,0 [V] 25m [A] R M = 400Ω

9 Medição de Tensão D. Sensores de Tensão por Efeito Hall Testes com o sensor LV25-P 1-) Inserção de um sinal oriundo da rede (110 [V]). 2-) Inserção de um sinal com 60Hz, adicionado a sinais de 120Hz, 180Hz e 300Hz.

10 Medição de Tensão Resumindo... Voltímetros CC e CA, com ou sem aumento da faixa de medição; Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão; Transformador de Potencial - TP; Sensores de Tensão por Efeito Hall.

11 Medição de Corrente A. Amperímetro Existem amperímetros para medições em corrente contínua e alternada. Devem ser ligados em série no circuito cuja corrente se quer medir. Idealmente, resistência do amperímetro seria igual a zero. I shunts Rm S Im G Amperímetro construído a partir de um galvanômetro G, de resistência interna R m.

12 Medição de Corrente A. Amperímetro Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é, qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga. Em CC é necessário se ater ao sentido da corrente se o amperímetro for de bobina móvel. Entrada de corrente: pólo positivo (+), normalmente indicado pela cor vermelha) e Saída de corrente: pólo negativo (-), normalmente indicado pela cor preta).

13 Medição de Corrente Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o Amperímetro UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o amperímetro. Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente passará pelo amperímetro e (n-1) partes deverão passar pelo shunt. R s Ri = n -1 Exemplo 1: Qual deve ser o valor de uma resistência shunt para ampliar o fundo de escala de amperímetro, cuja resistência interna é de 1,8Ω, de 1A para 10A?

14 Medição de Corrente Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o Amperímetro UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o amperímetro. Exemplo 2: Sabendo-se que o range de um amperímetro é de 0-100mA e sua resistência interna de 2,7Ω; pergunta-se: Ao inserir uma resistência "shunt" de 0,3Ω; qual será a nova faixa de medição? R s Ri = n -1 Exemplo 3: Considerando-se o sistema de medição do exemplo anterior, com range do amperímetro é de 0-100mA e resistência interna de 2,7Ω, pergunta-se: qual o valor da corrente I quando o amperímetro indica I A =95 ma?

15 Medição de Corrente B. Shunt Resistivo Empregado para medições de correntes elevadas Ao circular por ele a corrente que se quer medir, pela lei de Ohm, resultará uma tensão em seus terminais. As tensões de saída nominais, geralmente, se encontram na faixa de 30 a 300 mv. Os shunts possuem uma queda de tensão padronizada para uma determinada corrente (exemplo: 200Ac.c./60mVc.c.), permitindo que o sinal de medição (60mVc.c., 150mVc.c. ou 300mVc.c.) seja levado a um transdutor analógico, indicador analógico ou indicador digital. Exercício: Qual é o valor da corrente em circuito, se nos terminais de um shunt resistivo de 100A / 30mV obteve-se 18mV medidos Medição com de Tensão um milivoltímetro? e Corrente e Multímetros

16 Medição de Corrente C. TC Transformador de Corrente O circuito primário de um TC é ligado em série com a alimentação de uma instalação ou equipamento onde se deseja medições. O circuito secundário alimenta as bobinas de corrente dos aparelhos destinados para tal fim, ou seja, medição de corrente. Transformador convencional com saída (secundário) padronizada em I 2 =5A. I1 = N2 I2 N1 I1 Corrente no primário I2 Corrente no secundário N1 Número de espiras N2 Número de espiras

17 Medição de Corrente Sensores de Corrente por Efeito Hall São dispositivos semicondutores que geram um sinal de corrente quando são inseridos em um campo magnético e uma tensão é aplicada a eles. A corrente de saída desses sensores é proporcional à densidade de fluxo do campo magnético. Por outro lado, sabe-se que corrente circulando em um condutor produz um campo magnético e, sendo assim, é possível medi-la empregando esse tipo de sensor. Note-se que a sua grande vantagem é a capacidade de medir tanto corrente contínua como alternada em um único instrumento.

18 Medição de Corrente Sensores de Corrente por Efeito Hall Modelos LA 100-P (100A) e LA 55-P (55A) tipo janela. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e medem valores de até 100[A] e 55 [A], respectivamente.. Não existe resistência conectada ao primário;. O valor de corrente do secundário é o mesmo para os dois casos 50mA. I = V 10 [V] R = R R 0,05 [A] M = 200Ω Modelo LEM LTS15-NP. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e identificam valores de 0 a 15 [A].. Como resposta de saída, é atribuído um valor de tensão proporcional.

19 Medição de Corrente Sensores de Corrente por Efeito Hall Testes com o sensor LTS-15 NP 1-) Corrente com sinal de 120Hz somado ao sinal de corrente de 60Hz: 2-) Corrente com sinal de 180Hz e 120Hz somado ao sinal de corrente de 60Hz

20 Medição de Corrente E. Amperímetro Alicate TC com núcleo magnético separável ou basculante (garras), para facilitar o enlaçamento do condutor (primário) por onde circula a corrente que se quer medir. No secundário, tem-se um amperímetro conectado internamente, cuja indicação é proporcional à corrente do primário. Naturalmente, só são possíveis medições de correntes alternadas para que o fluxo produzido também o seja e induza tensões (igualmente alternadas) no secundário. Se for medida as três correntes simultaneamente em um sistema equilibrado, a leitura será nula.

21 Medição de Corrente E. Amperímetro Alicate Um segundo tipo de amperímetro alicate é aquele que emprega um sensor com base no efeito Hall. Naturalmente, ele é muito mais versátil que o anterior, pois permite a medição de corrente tanto contínua, quanto alternada.

22 Medição de Corrente F. Pinças Amperímetras Estas pinças ao invés de incorporar um amperímetro conectado internamente, disponibilizam uma saída em tensão (proporcional ao valor da corrente), que pode ser ligada a um voltímetro ou a um osciloscópio, por exemplo.

23 Medição de Corrente G. Bobina de Rogowski A Bobina de Rogowski é um dispositivo eletrônico para medição de corrente alternada (AC); Mede a corrente elétrica independentemente da geometria do condutor; É constituída de um toróide com enrolamento uniformemente distribuído em um núcleo de material não magnético; Seu princípio de funcionamento está fundamentado na Lei de Ampère, e na Lei da Indução de Faraday-Lenz; Fornece um sinal de saída em tensão.

24 Medição de Corrente Bobina de Rogowski

25 Medição de Corrente Resumindo... Amperímetros CC e CA com ou sem aumento da faixa de medição; Shunt Resistivo; Transformador de Corrente TC; Sensores de Corrente por Efeito Hall; Amperímetro Alicate CC e CA; Pinças Amperimétricas; Bobina de Rogowski.

26 Medidas Universidade com Multímetros Federal de Analógicos Itajubá - UNIFEI e Digitais Multímetros Analógicos São essencialmente eletromecânicos, utilizando um ponteiro para representar o valor da grandeza medida em uma escala. O princípio de funcionamento desses instrumentos é baseado na atuação de um galvanômetro de quadro móvel, o qual exige para o seu funcionamento, a passagem de corrente por uma bobina.

27 Multímetros Analógicos Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Para efetuar uma medição com o multímetro deve-se, primeiramente, conectar-se as pontas de prova no aparelho de medição (convencionalmente, vermelha no terminal positivo e preta no negativo). A leitura deve ser realizada sempre de frente e a 90º do mostrador, para reduzir os erros devido à paralaxe. Cada leitura deve ser realizada levando-se em conta a grandeza Medição e a escala de Tensão selecionada. e Corrente e Multímetros

28 Multímetros Analógicos Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI 1. Voltímetro - tensão alternada. Escalas de 1,5 V-500 V; 2. Voltímetro - tensão contínua. Escalas de 0,15 V-1000 V; 3. Amperímetro - corrente alternada. Escalas de 0,5 ma-5 A; 4. Amperímetro corrente contínua. Escalas de 0,5 ma-5 A; 5. Ohmímetro - Escalas de Ω.

29 Multímetros Analógicos Medição de Tensão Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI As medições de tensão sempre são efetuadas com as pontas de prova em paralelo com as partes do circuito que se deseja medir. Resistor Multiplicador

30 Multímetros Analógicos Medição de Corrente Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI A medição de corrente sempre deve ser realizada com as pontas de prova em série com o circuito, de modo que a corrente que circule pelo multímetro seja a mesma do circuito. O valor lido é a queda de tensão em cima de uma resistência de valor muito baixo que está disposta internamente no circuito do multímetro (comumente chamada de resistência ou resistor shunt). Essa tensão é proporcional à corrente que circula pela resistência e, assim, a escala de corrente é ajustada de forma a mostrar o valor de corrente correspondente à queda tensão.

31 Multímetros Analógicos Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Medição de Corrente Medição utilizando multímetros alicates, sem ter que abrir o circuito.

32 Multímetros Analógicos Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Medição de Resistência Conexão em paralelo Resistência a ser medida deve estar isolada do circuito.

33 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Tipos ou modelos Multímetro digital com chave seletora Multímetro digital com teclas de pressão

34 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Tipos ou modelos Multímetro digital com auto range Multímetro digital com identificador automático da grandeza

35 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Tipos ou modelos Multímetro digital com indicador de forma de onda Multímetro digital de bancada

36 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Quanto aos Dígitos Fornecem a leitura em forma de dígitos; Basicamente, pode ser considerado um conversor analógico digital conectado a um pequeno circuito de seleção e tratamento; Apresenta display e sua resolução é função do número de dígitos, onde o último á direita representa a menor variação lida por este instrumento. Calibre 2V, 3 ½ dígitos: DÍGITOS CONTAGENS TOTAL 3 ½ 0 a ¾ 0 a ½ 0 a ¾ 0 a /5 0 a Visor indicará 1,999V Calibre 2V, 4 ½ dígitos: Visor indicará 1,9999V Calibre 20mA, 4 ½ dígitos: Visor indicará 19,999mA

37 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Quanto aos Dígitos Pilha; Desligamento automático; Display exibe o número 1. 1/2 dígito limitado apenas ao valor 1; dígito inteiro, pode assumir valores entre 0 e 9 (número 2); dígito inteiro, pode assumir valores entre 0 e 9 (número 3); dígito inteiro, pode assumir valores entre 0 e 9 (número 4). Multímetro digital de 3½ dígitos A medida de corrente é de 1,234 ma

38 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Quanto aos Dígitos Mult. digital de 4½ dígitos Multímetro digital de 6½ dígitos Mult. digital de 3¾ dígitos Multímetro digital de 5 4/5 dígitos

39 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Medições com o Multímetro Digital mesma forma de medir que o analógico Medição de tensão Medição de corrente Multímetro digital com garras conectadas aos terminais através de adaptadores aplicado à medição de corrente

40 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Teste de diodos Em alguns multímetros, a chave seletora pode apresentar mais de uma função. O círculo vermelho destaca que o ponto escolhido habilita o multímetro tanto para o teste de continuidade, quanto para o de diodos. A escolha entre ambos, nesse aparelho, se faz pressionando-se o botão seletor de função (destacado com o círculo amarelo). Diodo está conduzindo, ou seja, está se aplicando uma tensão positiva ao seu anodo e uma negativa ao seu cátodo. Ao polarizá-lo reversamente, entretanto, ocorrerá o bloqueio (não conduzirá). Caso a polarização fosse inversa ou se o diodo estivesse aberto (junção rompida), o mostrador indicaria a não continuidade. Se, eventualmente, estivesse curto-circuitado, a indicação seria nula.

41 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Medição de Capacitância Deve-se atentar para que o capacitor sempre esteja descarregado antes de se efetuar quaisquer medições. A descarga pode ser realizada através de um curtocircuito em seus terminais.

42 Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Multímetros Digitais Leituras exibidas em um display Medição de Ganho de Transistores Alguns multímetros digitais apresentam escalas para medição de ganho de transistores. Neste caso, em geral, eles possuem conectores específicos para isso (círculo vermelho). A chave seletora deve ser colocada no ponto identificado por, geralmente, hfe.

43 Multímetros Digitais Universidade Multímetros Federal de Itajubá - UNIFEI Medição de Corrente O multímetro deve ser conectado em série no circuito elétrico. Para tanto, coloque a chave seletora na escala mais próxima acima da corrente a ser medida. Para isto é necessário saber qual a corrente que passa pelo circuito. Interrompa uma parte do circuito.

44 Universidade Federal de Itajubá UNIFEI Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior Obrigado pela atenção!! FIM